不锈钢精炼的方法

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1、不锈钢精炼的方法许多不锈钢精炼技术的开发研究提高了生产率及生产的经济性。这样的开发仍在进行， 以使不锈钢成为一种符合健康、环境可持续性和耐用性要求的买得起的材料。不锈钢是一种以含 10%30%Cr 作主要组成部分的耐蚀合金钢种的通用名称。 此钢以其 美感、优异的光泽和高的耐用性而为众所周知。通过改变其 Cr 含量和添加诸如 Ni，Mo ， Mn ，Cu，Ti，Nb 等合金化元素可以将这些钢分类成奥氏体、铁素体、马氏体、双相和沉淀 硬化型，具有各种不同显微组织、物理、力学和化学性能、适于各种特定用途需要的各种型 式的钢。 首次商业上利用的不锈钢是由 Harry Brearlay 于 1912 年

2、在英格兰开发的 12%Cr 钢。 虽然，早在 1903 年其他人已进行了批量试验，而同样于1912 年在德国由 Manrer 和 Strauss在 Krupp 钢厂生产了第一炉奥氏体不锈钢。在 1930 年前，生产和投入市场的不锈钢相当于 现代钢种的有 AISI302 、409、 410、 420、430 及 446。后来又开发了其他不锈钢种。直到二 十世纪五十年代中期，不锈钢的年产量还未超过一百万吨。二十世纪五十年代以前，不锈钢都是以单级工艺利用电弧炉生产的，该工艺涉及熔炼， 通过吹氧对含铬熔体脱碳随后脱氧和合金化。 这种工艺所面临的问题包括炼钢的周期长， 影 响生产率， 需要昂贵的低碳铬铁

3、的炉料配方的局限性， 以及由于高温操作造成耐材浸蚀高和 铬的回收率低等问题。 在此期间也开始了采用 BOF 生产不锈钢， 这后来进化变成 EAF 熔炼 后的一个中间阶段，随后是钢包处理。在二十世纪六十年代，通过提高温度和降低CO分压实现了 C比Cr优先氧化的理念，从而提高了 Cr 的回收。这导致了以电弧炉作为主要熔炼阶段的经济地生产不锈钢的大批精 炼工艺的开发，例如 AOD （氩氧脱碳）等。如今，不锈钢中有 68.7%是产自 AOD 转炉， 19.5%由 BOF 转炉 -VOD （真空氧脱碳） 工艺路线， 6.8%单独由 VOD 及 5%仅由转炉装置生产的。这些工艺均为三步或两步法。 精炼工艺

4、 AOD 转炉AOD 是一种穿过容器侧面（大多数沿着左侧）带喷咀的转炉，通过该侧向喷咀喷吹氧、 氮、氩、空气和二氧化碳等工艺气体以及用来从顶枪喷吹氧、氩和氮气的装置。这种方法可 以吸收大量的废料和较多的低价高碳铬铁。熔体的初始C含量约为3%，可达到低至0.015%C。EAF中熔融钢通过钢包转送到 AOD容器，此时将氧和氩喷入熔池，随着 C含量的下降而增加 了Cr的氧化。为了节约氩气和降低Cr损，又确保快速脱碳，最初喷吹了低比例的氩氧混合气 体。随着熔池中C含量的下降，该混合气体比例提高。加入硅铁等脱氧剂和石灰、荧石等熔 渣，以将已氧化的 Cr通过吹氩搅拌回收到钢水中来，生产低硫的不锈钢。例如，

5、在AISI304的生产中，一般消耗量氩约为 12Nm3/t，氮约为10 Nm3/t左右，氧约为26 Nm 3/t，石灰约为 50kg/t，荧石为3kg/t，铝约为2kg/t，还原用硅约为8 kg/t，脱碳金属约135kg/t而装炉到出钢 时间通常约为60min。在AOD炉中，Cr的收得率约为96%，Mn的收得率为88%，而总的金 属收得率为 95%。*川崎 -BOP 和川崎 -BOM-S川崎 -BOP 转炉看上去与一座带（补充）顶吹氧枪装置的 BOF 氧气转炉相似。它有 7 支以丙烷气（通过气体裂化）冷却的底喷咀吹氧。也可以通过此炉内喷咀喷吹粉化石灰。川崎-BOM-S转炉是由奥地利的VAI （

6、奥钢联）开发和从侧边或底部任一面装有喷咀， 顶部也带喷枪的转炉之 BOP工艺演变而成的。 所用的顶吹气体有氧、 氮和氩，而底部通过喷 咀的气体有氧、氮、氩和碳化氢。用天然气或丙烷来保护喷咀和提高耐火材料之寿命。对通 过这种炉子精炼的 AISI304而言，氧消耗量一般为 29Nm3/t，氮约为13Nm3/t，氩16.5Nm3/t， 还原用硅为11kg/t左右，石灰约为 50kg/t，白云石20kg/t，以及荧石为8kg/t左右。CREUSOT LOIRE UDDEHOLM （CLU ） 这种转炉工艺采用蒸汽作为稀释气体而不是比较常用的氩气。它是由瑞典的Uddeholm和法国的 Creusot L

7、oire 共同开发的。这种转炉带底吹氧、蒸汽、氮和氩的装置而所用的顶吹 气体有氧、氮和氩。脱碳阶段开始喷吹氧-蒸汽混合气体，由于蒸汽与熔融金属的吸热反应及铬损比 AOD 工艺中的高许多，此工艺之效益很差。尽管通过此转炉的氩气消耗量减少了， 但是硅的消耗量很高， 而且使用蒸汽导致钢中吸氢很高。 目前， 已有采用更多的氩来取代蒸 汽以提高这种转炉之工艺效益的趋势。当生产 AISI304 时，氧耗量约为2Nm3/t ，氮约为13.5Nm3/t，蒸汽为10.4Nm3/t，氩为7Nm 3/t，还原用硅约为 15.5kg/t，氢含量达5.9ppm。 金属精炼工艺（ MRP ）此转炉是由 Mannesman

8、n Demag 开发的。该工艺涉及对含 Cr 和 Ni 的熔融金属炉料用 氧和惰性气体进行脱碳。 最初， 这些气体通过沿着该转炉炉底置位的喷咀交替吹入， 而且氧 不用任何惰性气体稀释就吹入熔体。 理想的吹氧后跟着就只吹惰性气体， 吹氧后跟着吹惰性 气体的周期导致 CO 分压降低， 较快的脱碳率和增加了的铬回收降低了从渣中还原氧化铬所 用之硅消耗量。此 MRP-L 转炉是一种改进型的，其中氧从顶部吹入而惰性气体从底部的透 气塞砖和可调换的底喷咀吹入。此工艺可以采用比 AOD 中更高的喷吹率，而且喷咀的侵蚀 极小。在 C 含量达到中间值以后，将此转炉中的熔融金属转送到进一步完成脱碳的地方。 KRU

9、PP 复合吹炼不锈钢（ KCB-S ）这种转炉工艺是由 Krupp 钢厂在一改进型 BOF 转炉上发展起来的，通过喷枪和侧壁喷 咀形成了组合喷吹。与 AOD 相比，这样同时引入工艺气体有助于提高脱碳速率，从而减少 了 305 钢种的精炼时间。 在吹炼开始阶段， 同时从顶枪和侧壁喷咀吹入纯氧。 在达到想要的 温度以后，吹氧期间加入铁合金和废钢。在达到临界C含量后，通过以4 ： 1, 2 : 1 , 1 ： 1,1 : 2和1 : 4加入诸如氮或氩等惰性气体来减少工艺气体中的氧含量以不断地使所出现的C含量达到更低的水平。当C含量达到0.15%时，顶吹停止，工艺气体仅通过喷咀单独引入。当目标碳达到时

10、, 加入硅以使渣中的氧化铬还原到金属中, 跟着加石灰和熔渣以使溶解氧达 到较低的水平和实现良好的脱硫。氩二次熔炼（ ASM ） 这种方法是由德国的 MAN GHH 开发的,其喷咀沿着带有喷吹氧、氮和氩气设施的容 器底部置位。对这种转炉稍作改进后就是带顶吹氧枪的 ASM-L 转炉。住友顶底吹（ STB ）此 STB 工艺是由住友金属工业公司提出的概念。开发这种方法是通过两者结合来克服 使用纯顶吹或者纯底吹中遇到的困难。 它有助于降低作为通过顶枪喷吹富氧气体的辅助供气 的喷咀的侵蚀和提高脱碳速率,从而缩短了脱碳时间。带底吹惰性气体的混合顶吹（ TMBI ）此 TMBI 法是由 Allegheny

11、Ludlmm 公司在底部装置了喷吹氩或氮等惰性气体的喷咀, 看上去象一座 BOF 炉的转炉上采用的。所需之配方气体主要是从顶枪引入的,因而命名为 TMBI 。这种转炉被用作中间转炉, 当添加 Cr 料时就将其炉料转送到另一座转炉中。 这种工 艺主要被用于生产铁素体不锈钢钢种。RUHRSTAHL-HERAEUS OB 工艺这种工艺是由日本钢公司开发的。来自高炉的铁水直接被加入BOF，在该炉内进行 Cr合金化并将 C 吹炼到 0.5%0.6%,最终脱碳在 RH-OB 二次装置中进行以生产不锈钢。 AOD/VCR 工艺在一座转炉上采用真空来缩短脱碳周期，降低Cr氧化和尽量减少氩气耗量的理念是由大同和

12、日本钢公司试行的。在此工艺中,就在C 含量在一座 AOD 中被吹炼下降到0.0850.10%后，过程停止， 跟着取样并将置位于 AOD 转炉锥形段中间的一真空罩盖提升到 位。这就是保护脱碳周期和通过添加 Si 来还原 Cr 氧化物的位置。这种工艺减少了在加入 AOD 之前在钢包中进行脱硫的氩和 Si 的消耗量。这种方法仅有的问题是耐材消耗量较高， 不能熔炼废钢及维护费用较高。真空氧脱碳（ VOD ）此VOD是最适宜生产不锈钢的真空工艺之一。它被认为是生产低碳、氮和氢不锈钢的一种有效方法。在此方法中，一包钢水被处理到约1%C含量。此VOD有一在100250 C真空下从顶枪吹氧的装置。 硅首先被氧

13、化， 随后是碳。 脱碳从由钢水熔池的温度和硅含量决定 的CO开始发泡而发生。CO : CO2之比受到监控，并且当熔池 C含量达到0.08%时快速增长。 此后，其脱碳速率下降而与氧流速率无关。顶枪吹氧中止，容器压力下降，跟着进行氩气搅 拌以增加与溶解氧和剩余碳的反应。渣-金反应通过添加铝进行，而添加石灰和荧石以进行有效的脱硫。精炼工艺的选择 一具体精炼工艺的选择取决于各个设备的基建投资、运行成本、原材料、单体设备的物流、 下游所用的设施及所要生产的不锈钢类型。 根据上面的情况， 可将这些工艺分成两步 或者三步法。 废钢成本的增加导致了倾向于在转炉中使用脱碳率高的高碳铬铁。碳钢废料作为冷却剂使用。 在铁合金或不锈钢废料太贵的地方可以用铬矿石来取代它们。在氩气费用高的地方建议采用真空工艺和安装一座钢包炉以增加通过连铸机顺序连浇的炉数。13